微信启动页“变脸”背后：15年打造大气“超级CT” | 科技自立自强之路

2017年9月的一天

微信启动画面突然“变脸”

那张标志性的地球照片

从美国航天员拍摄的图片

换成了

我国新一代静止轨道气象卫星

“风云四号”的成像图

地球从未如此清晰

“风云四号”

堪称科技领域的杰作

它搭载了多项世界级的先进载荷

其中

全球首台干涉式大气垂直探测仪

如同一颗璀璨的“明珠”

它在红外波段拥有1600多条探测通道

犹如一台“超级CT”

把大气切成上千层

测出每一层的温度、湿度等数值

让精细预测灾害性天气成为可能

这一载荷的研制团队

来自中国科学院上海技术物理研究所

（简称上海技物所）

这支擅长空间红外遥感的“国家队”

历时十五载

完成了一场后来者居上的技术赛跑

大气

是一个复杂而多维的存在

它的真实结构和变化

需要三维观测才能全面揭示

可就在2016年

中国成功发射“风云四号”之前

全球范围内

气象卫星搭载的光学遥感仪器

所捕获的大气成像图

普遍都是二维视角

▲“风云四号”干涉式大气垂直探测仪典型温度通道加密观测。

早在20世纪80年代末

美国就开始布局研制

探测大气三维结构的

高光谱红外干涉仪

并成功进行了样机试验

美国地球静止轨道气象卫星（GOES）

曾雄心勃勃地规划

要在21世纪前10年将其送入太空

然而

历史发展的轨迹总是出人意料

1995年

一场气象卫星研讨会上

中国科学院院士、上海技物所研究员匡定波等人

敏锐地提出

要将干涉式大气垂直探测仪

作为“风云四号”的主载荷之一

这一极具远见的建议

为中国气象卫星

遥感技术的跨代发展

指明了方向

2001年10月

上海技物所会议室里

正在进行一场重要的面试

来自香港科技大学的华建文

吸引了在场所有人

就凭他横跨光机电热四大专业的学术背景

匡定波当即表示

“我看华建文就适合做干涉仪”

干涉式大气垂直探测仪的

关键技术攻关极其复杂

其中的干涉仪

作为大气垂直探测仪的精髓

自20世纪70年代后期被引入国内

始终未能取得国产化突破

华建文毫不犹豫

接下这块难啃的“硬骨头”

▲干涉式大气垂直探测仪核心——低温红外干涉仪。

干涉仪

是通过光学系统对光信号进行干涉

干涉图像经过傅里叶变换形成光谱图

再经过气象学大气遥感反演

得到大气温度、湿度的三维结构

它的主要功能模块非常复杂

而动镜是干涉仪的“心脏”

在不断摸索中

华建文攻克了两大难关

第一大难关是

运动机构精度的极致要求

对于亚微米量级的精度控制

所有关键器件

都需要纯手工打磨

在华建文眼里

干涉仪无异于一件极致的工艺品

第二大难关是

精密仪器如何承受

卫星发射的振动冲击实验

为了满足试验要求

他为动镜驱动机构

独创了一套锁定装置

▲红外干涉仪技术研发平台研制团队（左二：华建文）。

2006年底

国内首台干涉式大气垂直探测仪

原理样机研制成功

但作为干涉仪的核心部件之一

也是西方对我国禁运的

一项“卡脖子”技术

分束器的自主研制

迟迟无法突破

分束器的关键技术难点

在于光学薄膜

镀膜材料和基底吸收对均衡分光的影响

应力对分束器面型的影响

双区域集成镀膜工艺

……

当一系列难题抛向于天燕时

她还只是一名在读博士生

当于天燕和团队

一次又一次陷入困境

举步维艰时

是研究所包容失败的文化氛围

给了他们稳定人心的力量

2008年

核心技术攻关

终于迈过了一道又一道坎

正当预研正式验收时

这一载荷的上星计划

波澜乍起

美国由于技术和经费原因

搁置了该仪器的研发项目

欧洲也大幅调整了计划

“风云四号”

成为了国际上绝无仅有的

同步搭载

扫描成像仪和干涉式大气垂直探测仪的卫星

在工程立项论证中

支持这一载荷“暂缓上天”的声音

不绝于耳

然而

匡定波和

中国工程院院士、国家卫星气象中心主任许健民

却坚持认为

“创新型仪器

必须万无一失才能上天的想法不可取”

华建文也表示

“当别人放弃时，我们坚持

做成功了，就领先世界”

2010年

干涉式大气垂直探测仪

终于拿到工程阶段的“通行证”

要把实验室仪器

变成可以上天的仪器

中间的跨越是巨大的

它不仅面临更多的资源约束

还要经受完全不同的力学冲击和温度考验

2016年12月11日

“风云四号”A星成功发射

自此

它守护在3.6万公里高空的地球静止轨道

当台风、沙尘暴、特大暴雨、暴雪等

灾害性天气登场时

都经受住了重重考验

▲“风云四号”B星干涉式大气垂直探测仪出厂时合影。本文图片均为上海技物所提供。

在被问及

团队如何在备受争议的情形下坚持科研

上海技物所所长

干涉式大气垂直探测仪主任设计师丁雷

坦然答道

科研人员心里只有国家任务

是听不见“噪声”的

不管有没有条件、有没有支持

都要完成任务

这是我们义不容辞的责任

全文请见8月16日《中国科学报》将刊发的文章

打造大气“超级CT”

来源：中国科学报

责任编辑：刘映含